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Die Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung für flüssige oder insbesondere gasförmige Brennstoffe für die indirekte Erwärmung eines Ofenraums, mit einer Brennkammer mit einer Brennkammermündung und mit einem die Brennkammer zumindest im Bereich der Brennkammermündung umgebenden Strahlrohr und einem in dessen Inneren angeordneten, vorzugsweise koaxial zur Brennkammermündung verlaufenden Innenrohr mit einem zur Brennkammermündung weisenden Innenrohreinlass und einem zu einem geschlossenen Ende des Strahlrohrs gerichteten Innenrohrauslass, wobei die Außenumfangsfläche des Innenrohrs mit der Innerumfangsfläche des Strahlrohrs einen Ringspalt zur Rückführung des durch das Innenrohr von dessen Einlass zum Innenrohrauslass strömenden Gasgemisches bildet und wobei zwischen dem Innenrohreinlass und der Brennkammermündung ein Rezirkulationsdurchlass ausgebildet ist.
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Beim Einsatz von Industriebrennern zur Aufheizung von Ofenräumen ist es bekannt, zur Reduzierung der Emissionen, insbesondere der Stickoxidemissionen, zum einen die Verbrennungsluft gestuft in mehreren Schritten zuzuführen und zum anderen einen vergleichsweise großen Anteil von Abgas zu rezirkulieren, das zusammen mit der über den Brennerkopf einströmenden Sekundärluft der aus der Brennkammer austretenden Primärflamme beigemischt wird. Hierdurch kommt es zu einer sogenannten „mild combustion“ oder auch flammenlosen Oxidation, bei der die Reaktion des Gas-Luftgemisches ohne sichtbare Flamme erfolgt. Im Vergleich zu einer stabilen Verbrennung des Brennstoffes mit Flammenbildung zeichnet sich die flammenlose Oxidation durch sehr niedrige Stickoxidemissionen aus. Das Erzielen von den hohen Rezirkulationsraten und damit die Sicherstellung der flammenlosen Oxidation ist bei der direkten Befeuerung von Öfen ein mittlerweile sehr häufig angewendetes Verfahren.
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In vielen industriellen Wärmebehandlungsprozessen soll allerdings verhindert werden, dass das für die Wärmebehandlung in den Ofen eingeführte Gut mit den Abgasen aus dem Verbrennungsprozess in Kontakt kommt. Bei derartigen Behandlungsverfahren werden die Brenner in Strahlrohren betrieben, die ihre Energie in Form von Festkörperstrahlung an den Ofeninnenraum abgeben. Die Verbrennung erfolgt also im Inneren des Strahlrohrs der Brennervorrichtung, wobei das Strahlrohr die in seinem Inneren entstehende Wärme an seine Außenfläche leitet. Das Strahlrohr ragt in den Ofenraum hinein und gibt die Wärme dort als Strahlungswärme ab. In dem Inneren des Strahlrohrs ist im Allgemeinen konzentrisch zu diesem ein Innenrohr angeordnet, das einlassseitig an die Mündung oder den Auslass einer Brennkammer anschließt. Durch das Innenrohr wird das aus der Brennkammer austretende Gas-Luftgemisch zum vorderen, verschlossenen Ende des Strahlrohrs geleitet, wo es aus dem Innenrohr wieder austritt und dann durch den radial weiter außenliegenden Ringspalt zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Strahlrohrs wieder zurück in Richtung auf den Brennerkopf strömt. Die bei der Reaktion entstandene Wärme gibt das heiße Gasgemisch an die Strahlrohrwand ab. Ein Teil des durch den Ringspalt zurückströmenden Abgases aus dem Verbrennungsprozess soll zur Reduzierung der Emissionen rezirkuliert werden, was sich bei den bekannten Systemen aufgrund der Randbedingungen im Inneren des Strahlrohrs und des Innenrohrs als schwierig erweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennervorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass auch bei den vergleichsweise kleinen Abmessungen des Strahlrohrs (im Verhältnis zu einem Ofenraum bei direkter Beheizung) im Inneren der Vorrichtung zuverlässig eine flammenlose Oxidation durch ein geeignet hohes Maß an Rezirkulation von Abgasen sichergestellt werden kann, so dass die Emissionswerte einer derartigen Strahlrohr-Brennervorrichtung vergleichbar gut sind wie die, die bei der direkten Beheizung eines Ofenraums möglich sind, wenn dort die flammenlose Oxidation zum Einsatz kommt.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, dass das Verhältnis des Strömungsquerschnittes des Innenrohrs zum Strömungsquerschnitt des Ringspalts so gewählt ist, dass der statische Druckanteil des durch das Innenrohr und den Ringspalt strömenden Gasgemisches im Bereich des Innenrohreinlasses kleiner ist als in dem Ringspalt in dem Bereich vor dem Rezirkulationsdurchlass.
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Diese Ausgestaltung hat zur Folge, dass ein Druckgefälle des statischen Druckes am Rezirkulationsdurchlass zwischen dessen außen zum Ringspalt weisenden Einlass und innen zum Innenrohr hin offenen Auslass vorhanden ist. Dieses Druckgefälle bewirkt, dass ein entsprechend hoher Teil des durch den Ringspalt zurück zum Brennerkopf strömenden Abgases durch den Rezirkulationsdurchlass angesaugt wird und zusammen mit dem aus der Brennkammermündung ausströmenden Gas-Luftgemisches erneut durch das Innenrohr strömt. Dadurch wird bewirkt, dass die Reaktion zwischen Gas und Brennstoff auf dem Weg durch das Innenrohr und zurück durch den Ringspalt ohne Ausbildung einer sichtbaren Flamme erfolgt. Die Bildung von Stickoxiden wird hierdurch zuverlässig auf ein Minimum beschränkt. In der Praxis wird der (statische) Druckunterschied und damit die hohe Rezirkulationsrate von Abgas durch den Rezirkulationsdurchlass durch eine spezielle Gestaltung des Systems Brenner und Strahlrohr bewirkt. Insbesondere wird der Druckunterschied erreicht durch eine Verringerung des Strömungsquerschnittes des Innenrohrs im Verhältnis zum Strömungsquerschnitt im Ringspalt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Innenrohr strömenden Gasgemisches größer als im Ringspalt ist. Entsprechend höher ist der dynamische Druckanteil im Innenrohr als im Ringspalt, so dass sich das von den statischen Druckanteilen bestimmte Druckgefälle in der gewünschten Höhe einstellt, womit das Rückströmen von Abgasen durch den Rezirkulationsdurchlass begünstigt wird.
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Das Strömungsverhalten in einer Brennervorrichtung der hier vorgestellten Art stellt sich grundsätzlich so dar, dass die aus dem Brenner aus dessen Mündung austretende Flamme, oder im flammenlosen Betrieb das aus dem Brenner austretende reaktive Gemisch, in das im Strahlrohrinneren befindliche Innenrohr eintritt und dieses bis zu seinem Ende durchströmt. Am Ende des Innenrohrs tritt das Gasgemisch dann aus dem Auslass des Innenrohrs aus und wird in den Ringspalt zwischen Innenrohr und Strahlrohr umgelenkt. Das Gasgemisch strömt dann durch den Ringspalt zurück in Richtung Brenner, wo ein Teil der Abgase der Flamme bzw. dem aus der Brennermündung austretenden reaktiven Gemisch wieder zugeführt und dadurch im Kreis geführt werden soll. Der Anteil des Abgases, der dem für den Verbrennungsprozess zugeführten Gasgemisch zugemischt wird, beschreibt das sogenannte Rezirkulationsverhältnis. Dieses wird in der Regel als das Verhältnis des rezirkulierten Massenstroms zu dem Gesamtmassenstrom (Summe aus Abgas und rezirkuliertem Abgas) ausgedrückt.
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Während in der Vergangenheit das Innenrohr einer gattungsgemäßen Brennervorrichtung offenbar nur unter dem Aspekt der Führung der Abgase und des damit zu erzielenden, möglichst kleinen Temperaturgradienten über die Länge des Rohres betrachtet wurde, wurde mit der Erfindung erkannt, dass die erzielbare Rezirkulationsrate entscheidend von den Geschwindigkeits- und Druckfeldern im Strahlrohr bestimmt wird und diese wiederum maßgeblich durch das Innenrohr beeinflusst werden. Bei den bisher bekannten Brennersystemen ist der Strömungsquerschnitt des Innenrohrs größer als der Strömungsquerschnitt im Ringspalt. Dies führt dazu, dass im stationären Zustand des Systems, d.h. bei einer konstanten Rezirkulationsrate, die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt größer als die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Innenrohr ist. Bei den bekannten Systemen beträgt der Faktor zwischen den beiden Geschwindigkeiten ca. 1,3, d.h. die mittlere Geschwindigkeit im Ringspalt liegt ca. 30 % über der mittleren Geschwindigkeit im Innenrohr. Ermittelt man auf der Grundlage dieser Geschwindigkeitsverhältnisse die Verhältnisse für den dynamischen Druck, um die Differenz des statischen Druckes zwischen Ringspalt und Innenrohr abzuschätzen, stellt man - auch bei Berücksichtigung der Druckverluste in dem System - fest, dass bei den bekannten Systemen mit Innenrohren mit vergleichsweise großem Durchmesser - abgesehen von lokalen Bereichen in der Nähe der Brennermündung - die mittlere statische Druckdifferenz zwischen Ringspalt und Innenrohr negativ ist, d.h. in die falsche Richtung weist. Eine nennenswerte Rezirkulationsrate ist damit nicht oder nur durch Ausnutzung von sehr hohen Geschwindigkeiten im Bereich des Brenneraustrittes erreichbar. Durch die Verwendung von Innenrohren mit kleineren Durchmessern kehrt sich der Wert der statischen Druckdifferenz rechnerisch um, d.h. die Differenz des statischen Druckes zwischen Ringspalt und Innenrohr wird positiv, womit eine deutlich höhere Rezirkulationsrate von Abgas aus dem Ringspalt zurück in das Innenrohr und damit die Sicherstellung eines flammenlosen Betriebs möglich wird.
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Vorzugsweise haben das Strahlrohr und das Innenrohr jeweils kreisringförmige Querschnitte und sind konzentrisch zueinander angeordnet. Das Verhältnis des Strömungsquerschnittes des Innenrohrs zum Strömungsquerschnitt des Ringspalts liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 0,8. Bei der bevorzugten, konzentrischen Anordnung von Innenrohr und Strahlrohr mit kreisförmigem Querschnitt kann das Verhältnis des Innendurchmessers des Innenrohrs zum Innendurchmesser des dieses konzentrisch umgebenden Strahlrohrs bevorzugt im Bereich von 0,55 bis 0,65 (± 0,1) liegen.
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In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Brennkammermündung an einer Brennerspitze angeordnet sein, die ein Stück weit vor dem Rezirkulationsdurchlass in das Innenrohr hineinragt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das aus der Brennkammermündung austretende Gas-Luftgemisch bzw. die aus der primären Reaktion entstehende Flamme vollständig in das Innenrohr eintritt und nicht durch den Rezirkulationsdurchlass zurückschlagen kann.
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In bevorzugter, weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat die Brennervorrichtung mindestens eine Sekundärluftzufuhreinrichtung mit mindestens einem Sekundärluftauslass, der in Strömungsrichtung im Bereich vor der Brennkammermündung in den Rezirkulationsdurchlass mündet. Gemäß dieser Ausgestaltung gelangt also nur ein Teil der gesamten, dem Verbrennungsprozess zugeführten Verbrennungsluft in die Brennkammer (Primärluft), wo sie mit dem Brennstoff im unterstöchiometrischen Verhältnis (λ < 1,0) vermischt wird. Aufgrund des unterstöchiometrischen Mischungsverhältnisses, bei dem die Menge des zugeführten Sauerstoffes für eine vollständige Reaktion nicht ausreicht, wird in dieser ersten Verbrennungsstufe die Bildung von Stickoxiden unterdrückt.
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Die unterstöchiometrisch brennende Flamme tritt mit relativ hoher Geschwindigkeit an der Brennkammermündung aus der Brennkammer aus und mischt sich mit der über die Sekundärluftzufuhreinrichtung zugeführten Sekundärluft und dem rezirkulierten Abgas. Während das rezirkulierte Abgas an der weiteren Reaktion, die im Innenrohr und teilweise auch noch bei der Rückführung des Gasgemisches durch den äußeren Ringspalt stattfindet, nicht beteiligt ist, bewirkt es eine Vergleichmäßigung des Verbrennungsprozesses und verhindert lokal auftretende Temperaturspitzen bei der weiteren Oxidation unter Verbrauch der zugeführten Sekundärluft, so dass der Brennstoff vollständig bei niedrigen Emissionen umgesetzt wird.
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Der mindestens eine Sekundärluftauslass kann als eine die Brennkammer umschließende Ringspaltöffnung ausgestaltet sein oder als mehrere über den Umfang der Brennkammer verteilt angeordnete, vorzugsweise nicht miteinander verbundene Luftrohröffnungen. Wenn mehrere Luftrohröffnungen unabhängig voneinander für die Zuleitung von Sekundärluft vorgesehen werden, kann nicht nur die Menge der zugeführten Sekundärluft, sondern auch deren Stelle am Umfang der Brennkammer gezielt verändert und damit der Verbrennungsprozess beeinflusst werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise einen die Brennkammer umgebenden Rekuperator zur Vorwärmung von Verbrennungsluft mittels aus der Brennervorrichtung ausgeleitetem Abgas aufweisen, wobei der Rekuperator eine abgaseinlassseitig zu dem Ringspalt weisende Rekuperatorspitze hat, die sich in einem Abstand von dem Innenrohreinlass befindet und den Rezirkulationsdurchlass begrenzt. Der mindestens eine Sekundärluftauslass kann dann an der Rekuperatorspitze in den Rezirkulationsdurchlass münden. Mit Hilfe des Rekuperators wird in bekannter Weise die Verbrennungsluft für den Verbrennungsprozess vorgewärmt, indem das aus der Brennervorrichtung ausgeleitete Abgas zumindest einen Teil seiner Restwärme über Wärmeaustauschflächen des Rekuperators an die Verbrennungsluft abgibt.
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Die Brennkammermündung hat vorzugsweise einen Austrittsquerschnitt für das aus der Brennkammer austretenden Gasgemisch, der eine auf die Brennerleistung bezogene Querschnittsfläche von 2 - 10 mm2/KW, vorzugsweise von 3 - 8 mm2/KW aufweist. Die Brennkammermündung bildet zweckmäßig eine scharfkantige Düsenöffnung bzw. eine „Stolperkante“ von beispielsweise ca. 4-10mm Höhe für den Auslass des Gasgemisches aus der Brennkammer. Aufgrund der scharfkantigen Düsenöffnung oder der Stolperkante und der damit verbundenen, sprungartigen Querschnittsänderung beim Auslass des Gasgemisches aus dem Brenner wird eine höhere Rezirkulationsrate und eine bessere Vermischung der Primärflamme mit der Sekundärluft und/oder dem rezirkulierten Abgas erreicht als mit einer Düse mit sich kontinuierlich änderndem Querschnitt. Es darf angenommen werden, dass dieser Effekt auf die Ausbildung von Ablösungen und Wirbeln im Gasstrom zurückzuführen ist.
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Empirische Untersuchungen haben ebenfalls ergeben, dass das Verhältnis des Austrittsquerschnittes der Brennkammermündung zum Querschnitt des mindestens einen Sekundärluftauslasses - jeweils bezogen auf die Leistung - vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 3,0 liegt, um ein möglichst gutes Ergebnis einer flammenlosen Verbrennung im Innen- und Strahlrohr zu erreichen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand eines Beispiels dargestellt und beschrieben wird. Es zeigt:
- 1 eine Brennervorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt; und
- 2 den Gegenstand der 1 in einer perspektivischen Darstellung, teilweise im Schnitt.
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Die Zeichnung zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Brennervorrichtung, die für die indirekte Beheizung eines (nicht dargestellten) Ofenraums geeignet ist.
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Die Brennervorrichtung umfasst einen Rekuperatorbrenner 11 mit einer Brennkammer 12, die einlassseitig an eine Brenngas-Zuleitung 13 angeschlossen ist, sowie über Lufteinlässe 14 verfügt, über die ein Teil von Verbrennungsluft, die dem Brenner 11 über einen Luftanschluss 15 zugeführt wird, in die Brennkammer 12 gelangt (Primärluft), um sich dort mit dem Brenngas zu vermischen.
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Die Brennkammer 12 hat auslassseitig eine Brennkammermündung 16, aus der das mit der Primärluft vermischte Brenngas austritt und dabei in bekannter Weise, bspw. Mittels einer Zündlanze gezündet wird. Mindestens das vordere Ende des Brenners 11 mit der dort angeordneten Brennkammer 12 ist von einem Strahlrohr 17 umgeben, in dessen Inneren ein koaxial zur Brennkammermündung 16 verlaufendes Innenrohr 18 angeordnet ist. Das Innenrohr 18 stützt sich mit einer Reihe von Stützfüßen 19 an der Innenumfangsfläche des Strahlrohrs 17 ab. Das Innenrohr 18 hat einen zur Brennkammermündung 16 weisenden Innenrohreinlass 20 und einen zu einem geschlossenen Ende 21 des Strahlrohres 17 gerichteten Innenrohrauslass 22. Zwischen der Außenumfangsfläche des Innenrohrs 18 und der Innenumfangsfläche des Strahlrohrs 17 ist ein Ringspalt 23 ausgebildet, dessen Querschnitt von den Stützfüßen 19 nur sehr geringfügig und punktuell eingeengt wird.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Innenrohreinlass 20 mit einem zugehörigen Zentrierstutzen 24 ausgestattet, der mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Stützfüßen 25 am vorderen Ende des Brenners 11 festgelegt ist. Dieser Zentrierstutzen 24 sorgt für eine dauerhaft koaxiale Ausrichtung des Innenrohreinlasses relativ zu der dazu ausgerichteten Brennkammermündung 16. Die zwischen den drei Stützfüßen 25 ausgesparten Bereiche des Zentrierstutzens bilden einen Rezirkulationsdurchlass 26 für einen Teil des aus dem Verbrennungsprozess resultierenden Abgases, wie dies nachstehend noch im Detail beschrieben wird.
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Wendet man sich nunmehr wieder dem Bereich der Brennkammer 12 zu, so erkennt man, dass um diese herum eine Sekundärluftzufuhreinrichtung 27 vorgesehen ist, mit der dem Gemisch aus Brenngas und Primärluft zusätzliche Luft (Sekundärluft) für die vollständige Verbrennung des Brenngases zugeleitet wird. Während die Primärluft vom Luftanschluss durch das Gehäuseinnere des Rekuperatorbrenners am hinteren Ende der Brennkammer 12 durch die dort vorgesehenen Primärlufteinlässe 14 in die Brennkammer 12 gelangt und sich dort mit dem Brenngas vermischt, strömt die Sekundärluft außen an der Brennkammer 12 vorbei und gelangt über mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete Luftkanäle 28 zu Sekundärluftauslässen 29, die am vorderen Ende des Brenners 11 an dessen Brennerspitze 30 angeordnet sind. Die Sekundärluft strömt zunächst außen an der Brennkammer 12 entlang und mischt sich am Einlass 20 zum Innenrohr 18 mit dem dort aus der Brennkammermündung 16 austretenden Gemisch aus Brenngas und Primärluft.
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Das bei seinem Austritt aus der Brennkammermündung 16 gezündete, reaktive Gasgemisch gelangt zusammen mit der zugemischten Sekundärluft durch den Innenrohreinlass 20 in das Innenrohr 18 und durchströmt dieses bis zum Innenrohrauslass 22. Dort tritt es aus dem Innenrohr 18 aus und wird am geschlossenen Ende 21 des Strahlrohrs 17 in den äußeren Ringspalt 23 umgelenkt, um durch diesen in Richtung auf den am einlassseitigen Ende der Vorrichtung 10 angeordneten Rekuperatorbrenner 11 zurückgeführt zu werden.
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Um eine möglichst gute und konstante Rezirkulationsrate des aus der Verbrennung von Brenngas und Luft resultierenden Abgases zurück in das Innenrohr 18 zu erzielen, um in diesem und dem sich anschließenden Ringspalt eine stabile, flammenlose Oxidation des Brennstoffs mit daraus resultierender Reduzierung unerwünschter Verbrennungsprodukte (NOx) zu erreichen, werden mit der Erfindung besondere strömungsmechanische Verhältnisse umgesetzt. Hierzu ist vorgesehen, dass das Verhältnis des Strömungsquerschnittes AI des Innenrohrs 18 zum Strömungsquerschnitt AR des Ringspaltes 23 so gewählt ist, dass der statische Druckanteil des durch das Innenrohr und den Ringspalt strömenden Gasgemisches im Bereits des Innenrohreinlasses 20 kleiner ist als in dem Ringspalt 23 in dem Bereich vor dem Rezirkulationsdurchlass 26.
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Ein geringerer Strömungsquerschnitt führt bei gleichbleibendem Volumenstrom eines dadurch strömenden Gasgemisches dazu, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches und damit auch der dynamische Druckanteil der Gasströmung größer werden. Entsprechend verringert sich der statische Druckanteil. Wenn man nun dafür sorgt, dass der statische Druckanteil außen am bzw. kurz vor dem Rezirkulationsdurchlass 26, d.h. im Bereich des äußeren Ringspalts, durch den das Verbrennungsgas von der Strahlrohrspitze zurück zum Brenner strömt, größer ist als innen im Bereich des Innenrohreinlasses, erhält man ein positives (statisches) Druckgefälle zwischen dem vor dem Rezirkulationsdurchlass 26 außen strömenden Abgas und dem innen in den Einlass 20 des Innenrohrs 18 eintretenden Brenngas/Luftgemisch, mit der Folge, dass ein nennenswerter Teil des Abgases mit in das Innenrohr gesaugt und somit rezirkuliert wird. Hierdurch ist im Strahlrohr eine stabile flammenlose Oxidation möglich, bei der die Bildung von Stickoxiden weitestgehend unterbleibt.
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Das erwünschte (statische) Druckgefälle erreicht man durch die relative Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Innenrohr gegenüber der im äußeren Ringspalt an dem Rezirkulationsdurchlass herrschenden Strömungsgeschwindigkeit. Hierfür hat sich in Versuchen gezeigt, dass man den angestrebten Effekt besonders gut erreichen kann, wen das Verhältnis des Strömungsquerschnittes des Innenrohrs (AI) zum Strömungsquerschnitt des Ringspaltes (AR) im Bereich von AI/AR = 0,4 bis 0,8 liegt. Wenn wie bei dem gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel für das Innenrohr und das dieses umgebende Strahlrohr Rohre mit kreisförmigem Querschnitt zum Einsatz kommen, liegt das Verhältnis des Innendurchmessers (DI) des Innenrohrs zum Innendurchmesser (DS) des dieses konzentrisch umgebenden Strahlrohrs bevorzugt im Bereich von DI/DS = 0,55 bis 0,65 ± 0,1. Strömungsquerschnitt eines Innenrohrs mit kreisförmigem Querschnitt ist dessen Querschnittsfläche, also AI = π DI 2/4. Der Strömungsquerschnitt im dazu konzentrischen Ringspalt beträgt entsprechend AR = π ( DS 2 -DA 2 )/4. Dabei bedeuten DI Innendurchmesser des Innenrohrs, DA Außendurchmesser des Innenrohrs und DS Innendurchmesser des umgebenden Strahlrohrs.
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Wie man in der Zeichnung erkennen kann, bildet die Brennkammermündung 16 am vorderen Ende der Brennkammer 12 eine scharfkantige Düsenöffnung 31. Diese sorgt beim Auslass des Gasgemisches aus der Brennkammer 12 für eine gute Verwirbelung und damit Vermischung sowohl der Primärluft mit dem Brenngas als auch der außen an der Brennkammer entlang strömenden Sekundärluft mit dem unterstöchiometrischen, aus der Brennkammer austretenden Gas-Luftgemisch. Als Austrittsquerschnitt für das aus der Brennkammer austretende Gasgemisch hat sich eine auf die Brennerleistung bezogene Querschnittsfläche von 2 bis 10 mm2/kW, vorzugsweise von 3 - 8 mm2/kW als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Der Brenner ist in an sich bekannter Weise mit einem Rekuperator 32 ausgestattet, der außen am Brennergehäuse, die Brennkammer 12 umgebend ausgebildet ist. Mit dem Rekuperator 32 wird die im Inneren des Brennergehäuses strömende Verbrennungsluft vorgewärmt durch Wärmetausch mit dem an Kühllamellen 33 des Rekuperators vorbeigeleiteten Anteil des Abgases, der nicht rezirkuliert wird. Am vorderen, also abgaseinlassseitigen Ende des Rekuperators 32 ist der den Rezirkulationsdurchlass 26 aufweisende Zentrierstutzen 24 am Brenner angeordnet, dessen vorderes Ende wiederum in das Innenrohr 18 eingeschoben ist, um dieses an seinem Einlass 20 zu zentrieren, aber dabei auch Längenänderungen des Innenrohres infolge von Wärmedehnung zu ermöglichen.
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Die Erfindung ermöglicht durch das Zusammenspiel diverser Veränderungen in der Geometrie der Brennervorrichtung, insbesondere durch die Veränderung der Strömungsverhältnisse im Strahlrohr und dessen Innenrohr selbst eine stabile flammenlose Oxidation und damit eine drastische Reduzierung der Emissionen. Als besonders vorteilhaft sind dabei hervorzuheben die Anpassung von der Geometrie (Fläche und spezifische Ausgestaltung) der Austrittsöffnung der Brennkammer (1. Verbrennungsstufe) und deren Lage relativ zu der eigentlichen Brennermündung (Rekuperatorspitze), die Anpassung der Austrittsöffnung für die Sekundärluft in Abhängigkeit von der Austrittsfläche der Brennkammer, die Lage des Innenrohres im Strahlrohr relativ zu der Mündung der Brennkammer, bzw. der Rekuperatorspitze, und insbesondere die Anpassung vom Durchmesser des Innenrohres im Strahlrohr relativ zu dem Innendurchmesser des Strahlrohres selbst. Im flammenlosen Betrieb ist die Zuführung des Brennstoffes über die übliche Gasdüse in der Brennkammer möglich. Es kann aber auch eine nur für den flammenlosen Betrieb vorgesehene separate zentrale Gaslanze verwendet werden, die durch die Brennkammer in der Regel zentrisch durch diese hindurchgeführt ist und bis zu deren Austritt reicht. Die Gaslanze kann aber auch seitlich an der Innen- oder der Außenwand der Brennkammer entlanggeführt sein. Im flammenlosen Betrieb kann dann die Zuführung des Brenngases über diese Lanze erfolgen.
